¿Qué es la teoría del universo oscilante?
La teoría del universo oscilante, o universo cíclico, es una hipótesis que propone que el Universo se expande y se contrae indefinidamente. Richard Tolman (1881-1948), matemático del Instituto Tecnológico de California, propuso una teoría del universo pulsante con fundamento matemático hacia 1930.
Pero la idea no era nueva para la época de Tolman, pues antiguas escrituras védicas ya habían propuesto algo semejante cerca del 1500 a.C., afirmando que el Universo entero estaba contenido en un huevo cósmico llamado Brahmanda.
Gracias a Edwin Hubble (1889-1953) está comprobado que actualmente el Universo está en expansión, lo cual, según cree la mayoría de los astrónomos, se está acelerando.
Propuesta de la teoría del universo oscilante
Lo que Tolman propone es que la expansión del Universo ocurre gracias al impulso inicial del Big Bang y se detendrá una vez que dicho impulso cese por acción de la gravedad.
En efecto, el cosmólogo ruso Alexander Friedmann (1888-1925) ya había introducido matemáticamente en 1922 la idea de una densidad crítica del Universo, por debajo de la cual este se expande sin que la gravedad pueda impedirlo, mientras que, por encima, esa misma gravitación impide la expansión y provoca su contracción hasta llegar al colapso.
Pues bien, en su teoría, Tolman predice que la densidad del Universo va a alcanzar un punto en el cual la expansión se detiene gracias al freno gravitacional, y comenzará la fase de contracción, denominada Big Crunch.
Durante esta fase, las galaxias se acercarán cada vez más hasta formar una enorme masa increíblemente densa, lo que causará el colapso predicho.
La teoría también postula que el Universo no tiene un inicio y un final específicos, ya que se construye y destruye alternadamente en ciclos de millones de años.
La materia primordial en la teoría del universo oscilante
La mayor parte de los cosmólogos acepta la teoría del Big Bang como origen del Universo, el cual se formó a través de la gran explosión primigenia, de una forma puntual de materia y energía de inimaginable densidad y enorme temperatura.
De este gran átomo inicial emergieron las partículas elementales que conocemos: protones, electrones y neutrones, en la forma denominada ylem, una palabra griega que el sabio Aristóteles había empleado para referirse a la sustancia primordial, la fuente de toda la materia.
El ylem se fue enfriando paulatinamente a medida que se expandía, haciéndose menos denso cada vez. Este proceso dejó una huella de radiación en el Universo, que se ha detectado actualmente: el fondo de radiación de microondas.
Las partículas elementales comenzaron a combinarse entre sí y a formar la materia que conocemos en cuestión de minutos. Así que el ylem fue transformándose sucesivamente en una y otra sustancia. La idea del ylem es la que precisamente dio origen a la del universo pulsante.
De acuerdo a la teoría del universo pulsante, antes de llegar a esta fase expansiva en la que nos encontramos ahora, es posible que existiera otro universo semejante al actual, el cual se contrajo hasta formar el ylem.
O tal vez el nuestro es el primero de los universos cíclicos que tendrán lugar en el futuro.
Big Bang, Big Crunch y la entropía
De acuerdo a Tolman, cada secuencia de oscilación del Universo comienza con un Big Bang, en el cual el ylem da origen a toda la materia que conocemos, y finaliza con el Big Crunch, el colapso en el cual el Universo se desploma.
En el tiempo que transcurre entre uno y otro, el Universo se expande hasta que la gravedad le pone un alto.
Sin embargo, como el mismo Tolman se dio cuenta, el problema está en la segunda ley de la termodinámica, que afirma que la entropía –grado de desorden– de un sistema nunca disminuye.
Por lo tanto, cada ciclo debería ser más largo que el anterior, si acaso el Universo fuera capaz de guardar memoria de su entropía anterior. Al aumentar la duración de cada ciclo, llegaría un punto en que el Universo tendería a expandirse indefinidamente.
Otra consecuencia es que, de acuerdo a este modelo, el Universo es finito y en algún distante punto del pasado debió tener un origen.
Para subsanar el problema, Tolman afirmó que al incluir la termodinámica relativista, tales restricciones desaparecerían, permitiendo una serie indefinida de contracciones y expansiones del Universo.
La evolución del Universo en la teoría del universo oscilante
El cosmólogo ruso Alexander Friedmann, que también fue un gran matemático, descubrió tres soluciones a las ecuaciones de Einstein, 10 ecuaciones que forman parte de la teoría de la relatividad y que describen cómo el espacio-tiempo se curva debido a la presencia de la materia y de la gravedad.
Las tres soluciones de Friedmann conducen a tres modelos del Universo: uno cerrado, otro abierto y un tercero plano. Las posibilidades que ofrecen estas tres soluciones son:
- Un Universo en expansión puede dejar de expandirse y volver a contraerse.
- Puede que el Universo en expansión llegue a un estado de equilibrio.
- La expansión puede proseguir hasta el infinito.
El Big Rip
La tasa de expansión del Universo y la cantidad de materia presente en él son las claves para reconocer la solución correcta de entre las tres que se mencionaron.
Friedmann calculó que la densidad crítica a la que se hizo alusión al comienzo es de más o menos 6 átomos de hidrógeno por cada metro cúbico. Recuérdese que el hidrógeno y el helio son los principales productos del ylem luego del Big Bang, y los elementos más abundantes del Universo.
Hasta ahora, los científicos están de acuerdo en que la densidad del Universo actual es muy baja, de tal forma que con ella no es factible generar una fuerza de gravedad que frene la expansión.
Entonces, nuestro Universo sería un universo abierto, que podría terminar en el Gran Desgarro, o Big Rip, donde la materia se separa en partículas subatómicas que no vuelven a unirse jamás. Este sería el fin del Universo que conocemos.
La materia oscura es clave
Pero hay que tomar en cuenta la existencia de la materia oscura. La materia oscura no puede verse o detectarse directamente, al menos por ahora. Pero sus efectos gravitatorios sí, ya que su presencia explicaría las alteraciones gravitatorias en muchas estrellas y sistemas.
Como se cree que la materia oscura ocupa hasta un 90% del Universo, es posible que nuestro Universo sea cerrado. En ese caso, la gravedad sería capaz de compensar la expansión, llevándolo al Big Crunch, como se ha descrito antes.
En cualquier caso, se trata de una idea fascinante, que aún tiene mucho campo abierto a la especulación. A futuro es posible que la verdadera naturaleza de la materia oscura, si es que existe, se ponga al descubierto.
Ya existen experimentos para ello en los laboratorios de la Estación Espacial Internacional. Mientras tanto, en tierra también se llevan a cabo experimentos para obtener materia oscura a partir de la materia normal. Los hallazgos que resulten serán claves para entender la verdadera naturaleza del Universo.